锁相放大器学习.pptx
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1、4 锁相放大器4.1 概述 4.1.1 特点 锁相放大器相当于高Q值带通滤波器,采用一种特殊的方法,利用低通滤波器代替带通滤波器,使“实际的”带通滤波器的Q值提高到107 左右,而且实现了一种特殊的带通滤波器,能够自动地将中心频率跟踪和保持在测量频率上。1第1页/共64页4 锁相放大器4.1 概述 4.1.2 原理 2第2页/共64页4.2 理论基础 4.2.1 相关检测原理 (1)自相关检测3延迟LPF4 锁相放大器第3页/共64页4xi(t)与ni(t)相互独立,则互不相关,因而为零。当 xi(t)为白噪声、且足够大时,Rx()0。当 ni(t)为振幅等于1的正弦信号,4 锁相放大器4.2
2、 理论基础 4.2.1 相关检测原理 (1)自相关检测第4页/共64页5延迟LPFxi(t)与ni(t)相互独立,则互不相关,因而为零。4 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.1 相关检测原理 (2)互相关检测第5页/共64页64 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.1 相关检测原理 (3)的选择对于互相关检测,设被检测信号为正弦波取=0,Rn()具有最大值。第6页/共64页4 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.2 相关器构成(相敏检测器PSD)(1)乘法器型相敏检测器Phase Sensitive Demodulator 相位灵敏调解器 相敏检测 LPF 正弦波信号、正弦波参考第7页/共6
3、4页4 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.2 相关器构成 (1)乘法器型相敏检测器 正弦波信号、正弦波参考 幅频特性LPF为一阶 RC 低通滤波器 幅频相频特性第8页/共64页4 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.2 相关器构成 (1)乘法器型相敏检测器 正弦波信号、正弦波参考 幅频特性LPF为一阶 RC 低通滤波器 00|H()|0.7070-=1/RC第9页/共64页4 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.2 相关器构成 (1)乘法器型相敏检测器 正弦波信号、正弦波参考 幅频特性LPF为一阶 RC 低通滤波器-3dB带宽(半边带)-6dB带宽(半边带)第10页/共64页4 锁相放大器4
4、.2 理论基础 4.2.2 相关器构成 (1)乘法器型相敏检测器 正弦波信号、正弦波参考 相频特性第11页/共64页4 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.2 相关器构成 (1)乘法器型相敏检测器 正弦波信号、方波参考LPF滤出20的交流成分后和频差频第12页/共64页4 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.2 相关器构成 (1)乘法器型相敏检测器 正弦波信号单频等幅噪声、正弦波参考和频差频第13页/共64页4 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.2 相关器构成 (1)乘法器型相敏检测器 正弦波信号窄带白噪声、正弦波参考第14页/共64页4 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.2 相关器构成
5、(1)乘法器型相敏检测器 正弦波信号窄带白噪声、正弦波参考主要噪声项第15页/共64页4 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.2 相关器构成 (1)乘法器型相敏检测器 信噪改善(正弦波信号窄带白噪声、正弦波参考)输入噪声功率输入信号功率输出噪声功率输出信号功率等效噪声带宽第16页/共64页4 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.2 相关器构成 (1)乘法器型相敏检测器 信噪改善(正弦波信号窄带白噪声、正弦波参考)若LPF为一阶 RC 回路(A01)第17页/共64页4 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.2 相关器构成 (1)乘法器型相敏检测器 正弦波信号窄带白噪声、方波参考加入输入带通滤波器
6、第18页/共64页4 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.2 相关器构成(相敏检测器PSD)(2)开关型相敏检测器(构成框图)(同乘法型PSD间的区别)变压器倒相加模拟开关运算放大器倒相加模拟开关方波参考 Vr=1第19页/共64页4 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.2 相关器构成(相敏检测器PSD)(2)开关型相敏检测器(波形图)方波参考 Vr=1第20页/共64页4 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.2 相关器构成(相敏检测器PSD)(2)开关型相敏检测器(基本器件与电路)差分输出放大器 单刀双掷模拟开关HC4053 三单刀双掷模拟开关第21页/共64页4 锁相放大器4.2 理论基础
7、 4.2.2 相关器构成(相敏检测器PSD)(2)开关型相敏检测器(基本器件与电路)差分输出放大器 单刀双掷模拟开关组合电路(乘法)方波参考第22页/共64页4 锁相放大器4.2 理论基础 4.2.2 相关器构成(相敏检测器PSD)(2)开关型相敏检测器(基本器件与电路)IGFET单端输出集成运放组合电路(乘法)方波参考第23页/共64页4 锁相放大器4.3 锁定放大器的组成 4.3.1 基本构成(1)信号通道 交流放大器(低噪前置AC放大)带通滤波器第24页/共64页4 锁相放大器4.3 锁定放大器的组成 4.3.1 基本构成(1)信号通道 交流放大器 带通滤波器(LPFHPF 原理图)第2
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